Email : [email protected]DEPARTEMENT DE GENIE DES TELECOMMUNICATIONS ET RESEAUX Cycle/Niveau : DUT / 2 Année Académique 2011/2012 Document réalisé par M. KWATE KWATE Rodrigues Master en Ingénierie des Télécommunications Licence en Ingénierie des Réseaux et Télécommunications UE : CULTURE GÉNÉRALE DES TÉLÉCOMMUNICATIONS Volet 1 : Initiation à l’utilisation de l’Outil Radio Mobile REPUBLIQUE DU CAMEROUN ********************** Paix –Travail –Patrie ********************** MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ********************* UNIVERSITE DE DSCHANG ******************** INSTITUT UNIVERSITAIRE DE TECHNOLOGIE FOTSO VICTOR DE BANDJOUN ******************** REPUBLIC OF CAMEROON ********************** Peace–Work –Fatherland ********************** MINISTRY OF HIGHER EDUCATION ********************** UNIVERSITY OF DSCHANG ********************** FOTSO VICTOR INSTITUTE OF TECHNOLOGY BANDJOUN ************** Initiation a l’utilisation de l’outil Radio Mobile 2011 2 KWATE KWATE Rodrigues I. Table des matières I. Table des matières ___________________________________________________________ 2 II. Introduction ________________________________________________________________ 3 III. Initialisation (installation et configuration de base) ______________________________ 5 a. Téléchargement et Installation ______________________________________________________________ 5 b. Quelques définitions ______________________________________________________________________ 5 IV. Travaux pratiques__________________________________________________________ 5 TP0 : Prise en main de l’utilitaire __________________________________________________________ 5 a. Création d’un fond de carte ________________________________________________________________ 7 b. Mélange d’image _________________________________________________________________________ 8 c. Création d’un réseau _____________________________________________________________________ 10 d. Propriétés de stations ____________________________________________________________________ 13 e. Calcul de lien radio ______________________________________________________________________ 14 f. Chercher les mailleurs sites ________________________________________________________________ 17 g. Digramme de rayonnement de l’antenne ____________________________________________________ 19 h. Calcul de couverture radio ________________________________________________________________ 20 i. Exportation d’une liaison _________________________________________________________________ 20 TP1 : planification des réseaux mobiles 2G ________________________________________________ 23 a. Quelques questions préalables : ____________________________________________________________ 23 b. Calcule d’un bilan de liaison et pertes de parcours entre deux points ______________________________ 23 c. Dimensionnement d’une cellule ____________________________________________________________ 24 d. Déploiement d’un réseau DCS 1800 dans une ville comme Bafoussam (Ouest Cameroun) _____________ 25 e. Déploiement d’un réseau GSM-R (Railway) ___________________________________________________ 26 f. Déploiement d’un service autoroutier _______________________________________________________ 26 g. Déploiement d’un réseau maillé sans fil dans un réseau Wimax __________________________________ 27 V. Perspectives _______________________________________________________________ 29 VI. Conclusion _______________________________________________________________ 30 VII. Liste des figures __________________________________________________________ 31 VIII. Sources _________________________________________________________________ 33
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Initiation a l’utilisation de l’outil Radio Mobile 2011
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III. Initialisation (installation et configuration de base)
a. Téléchargement et Installation
Téléchargez le logiciel Radio Mobile à l’adresse suivante : http://www.cplus.org/rmw et
suivre les instructions données. Dézipper le dossier Radio_Mobile_Setup.zip. Ce dossier contient
l’exécutable Radio_Mobile_Setup.exe et ouvre le logiciel Radio Mobile.
La création des cartographies 3D est réalisée à partir de données d’altitude. Celles-ci
peuvent provenir de différentes sources :
� Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)
� DTED
� GTOPO30
Il s’agit de formats standards que l’on peut récupérer sur internet. Le plus souvent, les
données de terrain téléchargeables ont des résolutions limitées à quelques dizaines de mètres. Les
données doivent être placées dans un répertoire qu’il faudra specifier dans les préférences. Par
exemple, pour les données SRTM, placées les dans un répertoire SRTM sur le disque C.
Le logiciel peut aussi récupérer automatiquement sur internet les données d’altitude s’il n’a
pas réussi à les trouver dans le répertoire source. Il est nécessaire de configurer préalablement. Pour
cela, il faut ouvrir la fenêtre Options Internet dans Préférences/Internet.
b. Quelques définitions
� Unit : une station radio placée sur la carte par l’utilisateur
� Network : un ensemble de unit forme un réseau. L’utilisateur définit les stations du réseau
et leurs rôles dans le réseau, ainsi que ses caractéristiques (fréquences, données sol, climat,
terrain).
� System: un ensemble de paramètres définissant les propriétés de la station (puissance
d’émission, seuil de réception, type d’antenne, hauteur d’antenne, pertes …)
IV. Travaux pratiques
TP0 : Prise en main de l’utilitaire
Apres avoir installé et configuré le logiciel comme spécifié plus haut dans l’initialisation,
vous ouvrez l’interface d’accueil du logiciel qui ressemble a la figure suivante :
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Figure 1: page d'accueil
Il vous faut à présent créer le réseau avec les systèmes qu’il contient, vous le faites avec :
Fichier/Nouveau réseaux
Figure 2: définir le nombre de réseaux, systèmes et stations
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a. Création d’un fond de carte
Avant de commencer le calcul de la couverture radio, il est nécessaire de construire la carte
sur laquelle on va placer les différentes stations du réseau. Il est nécessaire de disposer des données
d’altitude de la zone dont on cherche à créer la carte. Pour cela, sélectionnez dans le menu
Fichier/Propriétés de la carte.
Figure 3: insertion d'une carte
Dans cette fenêtre, on sélectionne le centre de la carte selon différents modes :
� Soit en entrant directement la latitude et la longitude
� Soit en le sélectionnant directement sur une mappemonde
� Soit en choisissant parmi une des 1275 villes listées
On sélectionne parmi la liste de villes proposées Douala (Par exemple !), elle sera placée au
centre de l’image. La largeur de la zone affichée dépend de la hauteur du point d’observation. En
cliquant sur Extraire , le logiciel produit l’image suivante :
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Figure 4: carte insérée
Pour modifier les paramètres de l’image, sélectionnez le menu Fichier/Propriétés de
l’image. On peut changer le mode d’affichage, par exemple en mode lunaire, et afficher des objets
tels que de villes ou des courbes d’altitude.
Il est possible d’enregistrez les images réalisées en cliquant sur Fichier/Enregistrer l’image
sous. Le logiciel propose d’enregistrer l’image sous différents formats (bmp, jpeg, tiff, png) et
conserve les coordonnées de l’image. Ainsi, une image enregistrée pourra être réutilisée pour le
calcul de couverture, à condition qu’on est extrait la carte et donc récupéré les données d’altitude.
En cliquant sur l’image produite, un curseur rouge et une grille d’altitude apparaissent
affichant l’altitude au niveau du curseur. On voit donc que l’image est couplée aux données
d’altitude.
b. Mélange d’image A partir des données d’altitude, nous avons vu que le logiciel était capable de créer des
images du terrain ayant différentes textures. Néanmoins, pour placer des antennes, il serait très
intéressant d’avoir une idée de ce qu’il y a réellement sur ce terrain virtuel, c’est à dire des
informations sur l’occupation humaine, la végétation, le réseau routier, la présence de fleuves ou de
lacs, … Or, on ne peut pas connaître ces informations uniquement à partir des données d’altitude.
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Néanmoins, le logiciel propose de récupérer à partir de différentes sources des informations
de type :
� Carte routière
� Photo aérienne
� Photo satellite
Cela va nous permettre de créer de nouvelles images qui vont pouvoir être couplées au
modèle du terrain. Pour cela, cliquez sur Edition/Mélange d’images. La fenêtre ci-dessous s’ouvre.
Figure 5:Mélange d'images
Différentes sources sont proposées : soit à partir d’images déjà ouvertes, soit à partir de
bases de données disponibles sur internet.
Nous obtenons de ce fait une carte plus complète et détaillée avec les routes, les quartiers, le
relief, etc. …
Il est a noter que la précision et la richesse de la carte dépendra de la source que vous
choisirez.
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Figure 6: Douala et ses environs
c. Création d’un réseau Il faut tout d’abords définir les paramètres de notre réseau et de ses systèmes. Le premier
volet Paramètres permet de nommer le réseau (Réseau1), la bande de fréquence sur laquelle le
réseau va fonctionner, les paramètres du terrain : réfractivité en surface (de 250 à 400), la
conductivité du sol, le climat, … Le deuxième volet Topologie donne le choix entre 3 types de
topologie possible, ce qui va définir différents rôles possibles pour les antennes. Le troisième volet
Participants permet de définir quelles sont les stations qui vont constituer ce réseau. A chaque
station, il faut définir un rôle ainsi qu’un système. Il est donc nécessaire au préalable de définir un
système dans le quatrième volet Systèmes. On créé dans cet exemple un système commun
(Système1) pour les 3 antennes. On entre ainsi la puissance d’émission des émetteurs du système, le
seuil de réception, les pertes de lignes, le type d’antennes, leur gain et leur hauteur. Une fois cela
effectué, cliquez sur OK.
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Figure 7: Propriétés des réseaux, paramètres
Figure 8: Propriétés des réseaux, Topologie
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Figure 9: Propriétés des réseaux, Participants
Figure 10: Propriétés des réseaux, systèmes
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Figure 11: Propriétés des réseaux, style
d. Propriétés de stations Il faut maintenant entrer les coordonnées des stations du réseau. On va créer ici un réseau à
3 antennes. Si on ne connaît pas les coordonnées des stations, on peut les positionner directement
sur la carte. Pour cela, cliquez à l’endroit où vous voulez placer la station. Un curseur et une grille
d’altitude affichant l’altitude et les coordonnées du lieu sélectionné apparaissent. Cliquez ensuite
dans le menu Fichier/Propriétés des stations pour entrer le nom de la station 1 et lui entrer les
coordonnées. Dans notre cas, cliquez sur Placer la station à la position du curseur. Enfin, cliquez
sur OK
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Figure 12: Propriétés des stations
On créé de la même façon 2 autres antennes Antenne2 et Antenne3. La cartographie montre
alors les 3 antennes.
Figure 13: Représentation sur carte de nos stations
e. Calcul de lien radio Le menu Outils contient l’ensemble des outils de calcul de lien et de couverture radio.
L’outil Lien Radio permet de visualiser la visibilité entre 2 antennes et de réaliser des bilans de
liaison. Cliquez sur Outils/Lien Radio. La fenêtre ci-dessous apparaît, montrant la liaison entre
Station1 et Station 2.
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Figure 14: Bilan de liaison radio entre 2 stations
Sur la fenêtre précédente apparaît le profil du relief le long de la liaison, ainsi que la liaison
directe entre les 2 antennes avec les 3 premiers ellipsoïdes de Fresnel. Dans l’exemple ci-dessus, la
liaison ne se fait pas en visibilité directe car le premier ellipsoïde n’est pas entièrement dégagé.
Sous le profil apparaît les caractéristiques des 2 stations. Au dessus apparaissent les données du
bilan de liaison. On y trouve les résultats suivants :
� La distance entre les antennes
� L’azimut et l’élévation de la liaison
� Le dégagement ou l’obstruction de la liaison
� Les pertes totales de propagation dues au pathloss, aux reliefs obstruant la liaison, …
� Le champ électrique
� La puissance reçue absolue et relative par rapport à la sensibilité du récepteur.
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Figure 15: Bilan de liaison radio entre 2 stations, mode détaillé
Figure 16: Bilan de liaison radio entre 2 stations, calcule de la marge de protection
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f. Chercher les mailleurs sites
Un des principaux problèmes du dimensionnement d’un réseau est le placement des stations
de base afin de permettre une couverture optimale du réseau. Avec les outils précédents de calcul de
couverture radio, on peut calculer la couverture pour une position donnée de la station de base. En
la plaçant judicieusement, on peut trouver après plusieurs itérations le meilleur site de placement
pour la station de base. Le logiciel Radio Mobile propose un outil qui cherche automatiquement
le(s) meilleur(s) emplacement(s) à donner à une station de base pour optimiser la couverture d’un
réseau.
Pour un réseau donné dont on a déjà placé les différentes antennes relais ou réceptrices, le
logiciel va calculer pour chacune d’elle où la station de base peut être placée sur la carte pour que
celle-ci reçoive la puissance nécessaire. Pour cela, le logiciel déplace la station de base en chaque
pixel de la carte et vérifie que la liaison est possible entre ce pixel et l’antenne considérée. Une fois
ce calcul réalisé pour chacune des antennes, la performance globale est évaluée en chaque point de
la carte en évaluant pour chaque pixel de la carte le pourcentage d’antennes couvertes du réseau.
Soit le réseau suivant, constitué d’une station de base et de trois téléphones mobiles
Figure 17: recherche des meilleurs sites , réseau initial
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On décide donc de lancer une recherche des meilleurs sites pour ce réseau. Pour cela,
cliquez sur Outils/Couverture Radio/Cherchez les meilleurs sites. La fenêtre ci-dessous s’ouvre
Figure 18: Recherche des meilleurs sites, fenêtre de configuration
Sélectionnez le réseau à couvrir et la station de base. Fixez ensuite le seuil de couverture
minimale qu’on recherche. Dans cet exemple, on le fixe à 90%, c'est-à-dire que les 3 antennes
doivent être couvertes. On fixe ensuite le pas de calcul à 5 pixels. Le logiciel va donc pour chaque
antenne déplacer dans la station de base dans des carrés de 5 pixels de côté et vérifier si l’antenne
est couverte. Enfin, cliquez sur Dessiner, le calcul est lancé. Suivant le nombre d’antennes et le pas
de calcul, le calcul prend plus ou moins de temps. Une fois le calcul terminé, le résultat s’affiche,
comme le montre la figure ci-dessous.
Figure 19: recherche des meilleurs sites
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D’après le résultat, on voit que la station de base n’était pas idéalement placée. De plus,
plusieurs sites sont possibles pour installer la station de base. En pratique, ce choix est aussi
déterminé par d’autres critères (par exemple : autorisation d’implantation, facilité d’accès au site,
réseau AES, …).
Finalement, on place la station de base à un des endroits proposés par le logiciel. La figure
ci-dessous présente le bilan de liaison avec la nouvelle position de la station de base.
Figure 20: Recherche des meilleurs sites, validation
Les 3 antennes mobiles sont correctement couvertes par la station de base.
g. Digramme de rayonnement de l’antenne
Cet outils permet de ressortir le diagramme de rayonnement de l’antenne que nous désirons
utiliser, sur ce on peut l’avoir en allant
Figure 21: Diagramme de rayonnement de l'antenne
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h. Calcul de couverture radio
Cliquez sur Outils/Couverture Radio. Plusieurs analyses sont alors disponibles :
� Simple polaire : calcul du signal reçu dans un repère polaire centrée sur l’antenne émettrice
� Simple cartésienne : même chose mais dans un repère cartésien
� Interférence : couverture du rapport S/I (Signal/Interférence) suffisant. Cette analyse
nécessite 3 antennes : l’antenne émettant le signal désiré, le récepteur et l’antenne
interférente. Cette analyse peut être très importante dans le processus de sectorisation en
radiocommunication mobile
� Fresnel : couverture des zones présentant un dégagement de la première zone de Fresnel.
i. Exportation d’une liaison
Radio mobile offre la possibilité d’exporter une liaison radio entre deux entités vers des
outils qui nous permettrons de faire des manipulations plus détaillées et plus claire. Comme outils
nous pouvons avoir Google Earth pour une étude en 3D, RmPath pour une étude plus détaillée des
ellipsoïdes de Fresnel ou encore Notepad pour un rapport du bilan de liaison en code texte. En effet
pour chaque lien radio vous allez a fichier/exporter vers et la page suivante s’affiche
Figure 22: Exportation
� Vers Google Earth
Vous pouvez à présent faire cette exportation. Apres cela si vous sélectionner visualiser,
vous pouvez directement avoir une vue de votre lien radio dans Google earth avec les ellipsoïdes de
Fresnel et les positions exactes de chacune des stations.
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Figure 23: visualisation de la station 1
Figure 24: Visualisation de votre réseau
� Vers RmPath
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Figure 25: Exportation vers RmPath
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TP1 : planification des réseaux mobiles 2G
a. Quelques questions préalables : � Quelles sont les principaux paramètres d’une antenne ?
� Expliquer avec schémas les mécanismes de propagation suivants : réflexion, réfraction,
diffraction et absorption
� Quelle est la bande de fréquence utilisée en GSM ?
� Présenter brièvement les techniques de subdivision de la bande de fréquence.
� Présenter avec explication a l’appui les différentes techniques d’allocation de ressources
fréquences dans un réseau radio mobile.
� Présenter avec schéma à l’appui l’architecture d’un réseau GSM. Il sera également
demandé de donner le rôle de chaque module et sous système de cette architecture.
� Présenter une arborescence des canaux logiques utilisés dans le GSM.
� Présenter les différentes interfaces que l’on retrouve dans un réseau GSM. On insistera
sur le nom, la localisation et le rôle de l’interface.
� Quel est le nombre de canaux disponibles pour chaque opérateur sur la bande GSM et sur
la bande DCS1800.
� A quoi correspondent les termes suivant : dBm, dBW, dBi, PIRE.
� Rappelez quelles sont les principales méthodes de prédiction de couverture radio.
� Quels sont les différents paramètres qui peuvent être pris en compte pour améliorer la
prédiction de couverture ?
� Qu’entend-on par « dégagement du 1er ellipsoïde de Fresnel » ?
� Présenter les techniques de densification suivantes : Cell spliting, la sectorisation, le
déploiement d’une couche pico cellulaire.
b. Calcule d’un bilan de liaison et pertes de parcours entre deux points Placez 2 antennes sur 2 points en hauteur séparées de plusieurs dizaines de km et réaliser un
bilan de liaison. Modifiez les différents paramètres des antennes et voir leur influence sur le bilan
de liaison. Comparez le path loss théorique avec le path loss calculé avec radio mobile en fonction
de la distance. Comparez avec différents modèles de propagation théorique.
Il est clairement demandé dans cette partie de présenter :
� Les caractéristiques initiales des antennes (diagramme de rayonnement, hauteur, nature, gain
et autres) et du système.
� Présenter le bilan de liaison radio entre les deux stations avec l’outil RMpath par
exportation.
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� Présenter également l’exportation de cette liaison dans GoogleEarth.
� La démarche à suivre et la justification de tous les choix.
c. Dimensionnement d’une cellule On définit une zone de 30 km par 30 km. On cherche à placer de manière optimale une
station de base (cellule) sur cette zone. Placez aléatoirement plusieurs stations mobiles (10 ou 15 au
plus) sur l’ensemble de la zone et surtout a des endroits remarquables. Essayer de déterminer
d’abord manuellement la position optimale de la station de base pour couvrir 90 % du réseau.
Les paramètres de la station de base sont les suivants :
� Antennes omnidirectionnelles, le gain est de 10 dBi
� La cumulation des différentes pertes est égale à 3 dB
� La puissance de l’antenne émettrice est fixée à 8 W
� La plage de fréquence couvre la bande 935 – 960 MHz
� La hauteur de l’antenne de la station de base ne dépasse pas 30 m
� La sensibilité des récepteurs est de -136 dBm
Les paramètres des stations mobiles sont les mêmes :
� Antennes omnidirectionnelles, le gain est de : 1 dBi
� La cumulation des différentes pertes est égale à : 0.5 dB
� La puissance de l’antenne émettrice est fixée à : 1 W
� La plage de fréquence couvre la bande 935 – 960 MHz
� La hauteur de l’antenne de la station de base ne dépasse pas : 1.5 m
� La sensibilité des récepteurs est de -102 dBm
Vous devez à partir de l’outil lien Radio nous présenter pour chaque liaison base-mobile
� La marge de fonctionnement
� La valeur maximale de pertes et les différents facteurs de ces pertes
� Le rayon de couverture maximale pour un chaque modèle de propagation présenté
� Un rapport détaillé du bilan de liaison avec schéma du réseau dans Google Earth sous
différents plans
Utiliser ensuite l’outil Cherchez les meilleures sites pour déterminer la position optimale
de la station de base.
Il sera également question de présenter l’exportation de toutes les liaisons de cette cellule
dans GoogleEarth.
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d. Déploiement d’un réseau DCS 1800 dans une ville comme Bafoussam (Ouest Cameroun) On cherche à déployer un réseau de type DCS 1800 dans la ville de Bafoussam pour une
couverture totale de 40 Kilomètres de rayon partant du centre ville, cela avec le minimum de
station de base possible. Il est noter que les rayons de couverture des cellules devront prendre leur
valeur dans l’ensemble R= [5, 10, 15, 20, 25 et 30] Kilomètres
Les paramètres des stations de base et des mobiles a notre disposition sont les mêmes que
précédemment mais aux différences que la fréquence est autour de 1800 MHz, un rapport C/I
(signal sur interférence) minimum est de 9dB (uniquement pour la BTS) et la puissance de la BTS
sera fonction du rayon de couverture de la cellule.
a. Faites une étude comparative entre GSM et DCS 1800 (sous forme de tableau).
b. Présentez brièvement les concepts suivants:
� Concept cellulaire (sectorisation, réutilisation de fréquence et motif)